熱伝達が不良な循環流域内伝熱特性の向上に関する基礎的研究

1990 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 63460099
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 鈴木 健二郎 京都大学, 工学部, 教授 (00026064)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 洋 京都大学, 工学部, 助手 (90206524) ; 萩原 良道 京都大学, 工学部, 助教授 (50144332)
• Keywords: 伝熱促進 / 後向きステップ流れ / 循環領域の非定常化 / 熱伝達率の測定 / 流れの可視化 / レ-ザ-ドップラ-流速計 / 非定常数値計算 / 円柱によるかく乱

Research Abstract

本年度は、ステップを含むテストセクション底板を加熱し、後向きステップ近傍に円柱を挿入した系について、ステップ下流域の熱伝達率に対するレイノルズ数の影響についてより詳細に検討した。さらに、流れ方向円柱挿入位置の変化の影響をみる可視化実験を行った。
まず、レイノルズ数を変化させた場合の熱伝達率の測定により、円柱を挿入しない場合の熱伝達率分布上に、円柱挿入により付加された熱伝達率の増加分の分布形状は、レイノルズ数を変化させても大きくは変化しないことがわかった。このことは基本的な流動形態に及ぼすレイノルズ数の影響が小さかったことに対応している。なお、レイノルズ数を大きくすると、ステップ下流域に生じる循環領域の伝熱特性の向上が顕著に現れることが明かとなった。また、円柱挿入の流れ方向位置を変化させた場合における流れの可視化結果から、円柱挿入位置より下流域の基本的な流動形態は円柱の流れ方向挿入位置によりあまり変化せず、円柱の高さ方向位置による流動形態の変化の方が顕緒であった。
さらに本年度、流れ方向と壁面に垂直方向の2成分速度変動測定用のレ-ザ-ドップラ-流速計と温度変動測定用の細線プロ-ブを組み合わせて、速度変動と温度変動を同時に測定する手法を開発した。これにより、後向きステップ近傍に円柱を挿入した流れ場における熱伝達機構を明かにする実験が可能となった。
また。数値解析に関しては、より高いレイノルズ数を取り扱う非定常数値計算の手法を開発した。これにより、後向きステップ近傍に角柱を挿入した系について、より詳細な検討を行う可能性が示された。今後本研究で開発された数値解析手法を用いて、LSIパッケ-ジの一部を模擬する加熱されたリブの下流上端角近傍に角柱を挿入し、冷却を行う系に関する数値解析を試みる予定である。

Research Products

• [Publications] 喜多 茂雄,中前 隆行,鈴木 洋,鈴木 健二郎: "円柱を挿入した後向きステップ下流域の流動・伝熱特性(第一報)" 第27回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 1. 10-12 (1990)
• [Publications] 鈴木 洋,喜多 茂雄,中前 隆行,鈴木 健二郎: "後向きステップ流の熱伝達不良域の伝熱促進(第1報:上端角近傍に円柱を挿入した場合)" 日本機械学会論文集B編. 57巻536号. (1991)
• [Publications] H.SUZUKI,S.KIDA,T.NAKAMAE and K.SUZUKI: "Flow and Heat Transfer over a BackwardーFacing Step with a Cylinder Mounted near its Top Corner" International Journal of Heat and Fluid Flow.